JPH0364577B2 - - Google Patents
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- JPH0364577B2 JPH0364577B2 JP61213762A JP21376286A JPH0364577B2 JP H0364577 B2 JPH0364577 B2 JP H0364577B2 JP 61213762 A JP61213762 A JP 61213762A JP 21376286 A JP21376286 A JP 21376286A JP H0364577 B2 JPH0364577 B2 JP H0364577B2
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- Japan
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- whiskers
- powder particles
- metal
- composite material
- mixed
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Description
「産業上の利用分野」
本発明は、SiCウイスカーとAl粉末粒子とが均
質に混合し、優れた強度特性を有するウイスカー
強化金属複合材の製造方法に関する。
「従来の技術」
ウイスカーは優れた比強度、比弾性率、耐熱性
などを有するために、Al、Mg、Ti、Cuなどの
金属あるいはそれらの合金中に分散複合化したウ
イスカー強化金属複合材は、軽量化および強度特
性の高度化が要求される各種用途分野で有用視さ
れている。
この金属複合材の性能は、マトリツクス金属中
のウイスカーの分散性に影響されるところが大き
く、ウイスカーのような微細繊維をマトリツクス
金属中に均質に分散させることが強度特性を向上
させる上で重要である。またマトリツクス金属中
に分散したウイスカーが折損や破壊されることな
く、形状特性を維持して複合材中に存在すること
も重要な要因の一つである。
通常ウイスカー生成物は、微細短繊維状の単結
晶が無方向に絡み合つた凝集組織体を呈してい
る。したがつて、このウイスカー生成物を直接マ
トリツクスとなる金属溶湯中に撹拌混合などの手
段により均質に分散させることは困難である。そ
の解決手段として、ウイスカーとマトリツクス金
属の粉末とを混合して、混合物を熱圧成形する粉
末冶金的手法により金属複合材を製造する方法が
提案されている。
「発明が解決しようとする問題点」
この場合、金属複合材として高度の強度特性を
付与するためには、ウイスカーと金属粉末粒子と
の混合物の均質性ならびに混合および熱圧成形過
程におけるウイスカーの損傷変形が少ないことが
必要である。すなわち、ウイスカーと金属粉末の
混合物においては、金属粉末粒子の粒界空隙部に
柱状のウイスカーが存在しているために、混合物
の均質性は柱状のウイスカーと金属粉末粒子との
大きさの相互関係が重要な要素となる。また、混
合および熱圧成形過程においてウイスカーは金属
粉末粒子との衝突、接触により損傷変形を受け易
い。したがつて、混合粉体の性質性を向上させる
とともにウイスカーの損傷変形を防止すること
が、優れた強度特性を有する金属複合材を製造す
る上で必要であり、使用するウイスカーおよび金
属粉末粒子の形状、大きさの影響が重要となる。
「問題点を解決するための手段」
本発明は、これらの観点から使用するウイスカ
ーと金属粉末粒子の形状および大きさを特定範囲
に規制することにより、強度特性の高い金属複合
材の製造方法を提案するものである。
すなわち、本発明はウイスカーと金属粉末粒子
とを混合し、熱圧成形する金属複合材料の製造方
法において、有機溶媒中に直径0.1〜0.2μm、長
さ15μm以下、アスペクト比50以上のSiCウイス
カーと粒子径が15μm以下のAl粉末粒子を撹拌混
合した後、過乾燥し、得られた混合物を熱圧成
形することを構成的特徴とするウイスカー強化金
属複合材料の製造方法である。
本発明において、強化材ウイスカーとしてSiC
針状単結晶からなるSiCウイスカーを用い、金属
マトリツクスとしてAl粉末粒子を使用する。ウ
イスカーと金属粉末粒子との混合物の調製方法
は、先に本出願人が提案した方法(特願昭61−
173548)を適用することが好ましい。すなわち、
ウイスカーと金属粉末粒子とを撹拌混合する分散
媒としては、アルコール、アセトン、エーテルな
どの有機溶媒が用いられる。撹拌混合機として
は、ジエツト式撹拌機や高速回転撹拌機などを用
いて比較的強力に撹拌混合することが好ましい。
この場合、ウイスカーの凝集組織体を完全に解き
ほぐし、かつ均一に分散させるために分散濃度は
60g/以下に設定される。このウイスカー分散
液を撹拌しながら過して分散媒の一部の除去し
た後、速やかに金属粉末粒子を加えてSiCウイス
カーとAl粉末粒子が均一に混合した分散液を調
製する。この際、金属粉末粒子は複合材中のマト
リツクス金属とウイスカーの複合比の設定に基づ
き所定量を添加する。また、分散質であるウイス
カーと金属粉末粒子の混合物は均一な混合分散状
態を維持するために350〜1100g/の濃度範囲
に調節される。この分散液を撹拌して均一な分散
状態を維持しながら急速過して得られたケーキ
を乾燥処理し、次いでこの混合粉体を熱圧成形し
てウイスカー強化金属複合材料が製造される。
本発明においては、使用するウイスカーならび
に金属粉末粒子の形状、大きさを特定範囲に規制
することにより、均質組織構造を有し、かつウイ
スカーの形状特性の損傷が少ない優れた強度特性
を有する金属複合材の製造を可能とするものであ
る。
金属複合材の組織構造を均質化するためには、
ウイスカーならびに金属粉末粒子の大きさが相対
的に小さく、かつ近似していることが必要であ
る。また、ウイスカーの補強効果を発揮させるた
めには、適度のアスペクト比を有することも重要
である。一方長いウイスカーは金属粉末粒子との
衝突、接触により損傷し易い。また、大きな金属
粉末粒子が存在すると、熱圧成形時の均一な塑性
流動を阻害するために、金属複合材の組織欠陥を
生じ易く、ウイスカーの損傷も著しくなる。本発
明は、このウイスカーと金属粉末粒子の大きさの
相互関係を、SiCウイスカーの直径を0.1〜0.2μ
m、長さを15μm以下、アスペスト比を50以上、
またAl粉末粒子の粒子径を15μm以下に規制する
ことにより、均質性が高く、ウイスカーの形状損
傷の少ない優れた強度特性を有する金属複合材料
の製造が可能となる。
「作用」
上記説明のように本発明においては、SiCウイ
スカーとAl粉末粒子の大きさを相対的に小さく
かつ近似させることにより、ウイスカーは金属粉
末粒子の粒界空隙部に均等に分布し易くなる。ま
た熱圧成形過程においても、ウイスカーの損傷は
効果的に低減し、ウイスカーの複合強化機能の低
下が防止される。
「実施例」
形状特性の異なるSiCウイスカーを調製し、粒
子径が異なる純Al粉末粒子とエチルアルコール
中に撹拌分散させて混合した後、過乾燥して混
合粉体を得た。この混合粉体をSEM(倍率50およ
び500倍)写真に撮り、組織状態を観察した。次
に、この混合粉体を温度640℃、圧力1500Kg/cm2
で60分間熱圧処理して、直径50mm、高さ100mmの
ウイスカー強化金属複合材料を作製し、その組織
をSEM(倍率100および1000倍)写真で観察して、
その均質性を比較した。これらの結果をまとめて
第1表に示した。
"Industrial Application Field" The present invention relates to a method for manufacturing a whisker-reinforced metal composite material having excellent strength properties, in which SiC whiskers and Al powder particles are homogeneously mixed. "Conventional technology" Because whiskers have excellent specific strength, specific modulus, and heat resistance, whisker-reinforced metal composites made by dispersing them in metals such as Al, Mg, Ti, and Cu or their alloys have been developed. It is considered useful in various application fields that require weight reduction and improved strength properties. The performance of this metal composite material is largely influenced by the dispersibility of whiskers in the matrix metal, and it is important to homogeneously disperse fine fibers such as whiskers in the matrix metal to improve strength properties. . Another important factor is that the whiskers dispersed in the matrix metal remain in the composite material while maintaining their shape characteristics without being broken or destroyed. Usually, a whisker product exhibits an aggregated structure in which fine short fiber-like single crystals are intertwined in no direction. Therefore, it is difficult to homogeneously disperse this whisker product directly into the molten metal that will become the matrix by means such as stirring and mixing. As a solution to this problem, a method has been proposed in which a metal composite is manufactured by a powder metallurgy method in which whiskers and matrix metal powder are mixed and the mixture is hot-pressed. "Problems to be Solved by the Invention" In this case, in order to impart high strength properties to a metal composite material, it is necessary to ensure the homogeneity of the mixture of whiskers and metal powder particles and the damage to the whiskers during the mixing and hot pressing process. It is necessary that there is little deformation. In other words, in a mixture of whiskers and metal powder, columnar whiskers exist in the grain boundary voids of the metal powder particles, so the homogeneity of the mixture depends on the interaction between the sizes of the columnar whiskers and the metal powder particles. is an important element. Further, during the mixing and hot-pressing process, the whiskers are easily damaged and deformed due to collision and contact with metal powder particles. Therefore, it is necessary to improve the properties of the mixed powder and prevent damage and deformation of the whiskers in order to produce metal composites with excellent strength properties. The influence of shape and size is important. "Means for Solving the Problems" From these viewpoints, the present invention provides a method for manufacturing metal composite materials with high strength properties by regulating the shapes and sizes of the whiskers and metal powder particles used within specific ranges. This is a proposal. That is, the present invention provides a method for producing a metal composite material in which whiskers and metal powder particles are mixed and then hot-pressed. The method for producing a whisker-reinforced metal composite material is characterized in that Al powder particles having a particle size of 15 μm or less are stirred and mixed, then overdried, and the resulting mixture is hot-pressed. In the present invention, SiC as reinforcing whisker
SiC whiskers consisting of acicular single crystals are used, and Al powder particles are used as the metal matrix. The method for preparing the mixture of whiskers and metal powder particles is the method previously proposed by the applicant (Japanese Patent Application No. 1983-
173548) is preferably applied. That is,
As a dispersion medium for stirring and mixing whiskers and metal powder particles, an organic solvent such as alcohol, acetone, or ether is used. As the stirring mixer, it is preferable to use a jet-type stirrer, a high-speed rotation stirrer, or the like to perform relatively strong stirring and mixing.
In this case, the dispersion concentration should be adjusted to completely loosen the whisker aggregates and disperse them uniformly.
It is set to 60g/or less. After this whisker dispersion is filtered with stirring to remove a portion of the dispersion medium, metal powder particles are immediately added to prepare a dispersion in which SiC whiskers and Al powder particles are uniformly mixed. At this time, a predetermined amount of metal powder particles is added based on the setting of the composite ratio of matrix metal and whiskers in the composite material. In addition, the concentration of the mixture of whiskers and metal powder particles, which are dispersoids, is adjusted to a range of 350 to 1100 g/l in order to maintain a uniform mixed and dispersed state. This dispersion is rapidly filtered while stirring to maintain a uniform dispersion state, and the resulting cake is dried, and then this mixed powder is hot-pressed to produce a whisker-reinforced metal composite material. In the present invention, by regulating the shape and size of the whiskers and metal powder particles to be used within a specific range, the metal composite has a homogeneous structure and has excellent strength characteristics with less damage to the shape characteristics of the whiskers. This makes it possible to manufacture materials. In order to homogenize the structure of metal composites,
It is necessary that the whisker and metal powder particles be relatively small and similar in size. Furthermore, in order to exhibit the reinforcing effect of the whiskers, it is also important to have an appropriate aspect ratio. On the other hand, long whiskers are easily damaged by collision or contact with metal powder particles. In addition, the presence of large metal powder particles inhibits uniform plastic flow during hot-press molding, which tends to cause structural defects in the metal composite and causes significant damage to whiskers. The present invention investigates the relationship between the sizes of whiskers and metal powder particles by adjusting the diameter of SiC whiskers to 0.1 to 0.2μ.
m, length 15μm or less, aspect ratio 50 or more,
Furthermore, by regulating the particle size of the Al powder particles to 15 μm or less, it becomes possible to produce a metal composite material that is highly homogeneous and has excellent strength characteristics with little damage to the shape of whiskers. "Operation" As explained above, in the present invention, by making the sizes of SiC whiskers and Al powder particles relatively small and similar, the whiskers can be easily distributed evenly in the grain boundary voids of metal powder particles. . Furthermore, damage to the whiskers is effectively reduced during the hot-press molding process, and deterioration of the composite reinforcing function of the whiskers is prevented. "Example" SiC whiskers with different shape characteristics were prepared, mixed with pure Al powder particles with different particle sizes by stirring and dispersing in ethyl alcohol, and then overdried to obtain a mixed powder. This mixed powder was photographed by SEM (50x and 500x magnification), and the state of the structure was observed. Next, this mixed powder was heated at a temperature of 640℃ and a pressure of 1500Kg/ cm2.
A whisker-reinforced metal composite material with a diameter of 50 mm and a height of 100 mm was prepared by heat-pressure treatment for 60 minutes, and its structure was observed using SEM photographs (100x and 1000x magnification).
Their homogeneity was compared. These results are summarized in Table 1.
【表】
次に、このウイスカー強化金属複合材料の機械
的強度特性を比較して第2表に示した。[Table] Next, the mechanical strength characteristics of this whisker-reinforced metal composite material are compared and shown in Table 2.
【表】
「発明の効果」
上記説明で明らかなように、本発明によれば
SiCウイスカーとAl粉末粒子の均質な混合粉体を
得ることができ、複合材中においても、均質かつ
ウイスカーの形状損傷も少ないために強度特性が
優れ、押出加工も容易なウイスカー強化金属複合
材料を製造することが可能となる。[Table] "Effects of the Invention" As is clear from the above explanation, according to the present invention,
It is possible to obtain a homogeneous mixed powder of SiC whiskers and Al powder particles, and even in the composite material, whisker-reinforced metal composite materials have excellent strength properties and are easy to extrude because they are homogeneous and have little damage to the shape of the whiskers. It becomes possible to manufacture.
Claims (1)
成形する金属複合材料の製造方法において、有機
溶媒中に直径0.1〜0.2μm、長さ15μm以下、アス
ペクト比50以上のSiCウイスカーと粒子径が15μ
m以下のAl粉末粒子を撹拌混合した後、濾過乾
燥し、得られた混合物を熱圧成形することを特徴
とするウイスカー強化金属複合材料の製造方法。1. A method for producing a metal composite material in which whiskers and metal powder particles are mixed and hot-press molded, in which SiC whiskers with a diameter of 0.1 to 0.2 μm, a length of 15 μm or less, and an aspect ratio of 50 or more and a particle size of 15 μm are mixed in an organic solvent.
1. A method for producing a whisker-reinforced metal composite material, which comprises stirring and mixing Al powder particles having a size of less than m, followed by filtering and drying, and hot-pressing the resulting mixture.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213762A JPS6369931A (en) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Method for producing whisker-reinforced metal composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213762A JPS6369931A (en) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Method for producing whisker-reinforced metal composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6369931A JPS6369931A (en) | 1988-03-30 |
| JPH0364577B2 true JPH0364577B2 (en) | 1991-10-07 |
Family
ID=16644605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61213762A Granted JPS6369931A (en) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Method for producing whisker-reinforced metal composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6369931A (en) |
-
1986
- 1986-09-12 JP JP61213762A patent/JPS6369931A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6369931A (en) | 1988-03-30 |
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